Europa. Bildkredit: NASA Klicka för att förstora
Upptäckten att Jupiters måne Europa med största sannolikhet har ett kallt, salt hav under sin frusna isiga skorpa har placerat Europa på den korta listan över objekt i vårt solsystem som astrobiologer skulle vilja studera vidare. På Earth System Processes II-konferensen i Calgary, Kanada, höll Ron Greeley, planetgeolog och professor i geologi vid Arizona State University i Phoenix, Arizona, ett föredrag som summerade vad som är känt om Jupiter och dess månar, och vad som återstår att upptäcka .
Det har funnits sex rymdfarkoster som har utforskat Jupitersystemet. De två första var Pioneer-rymdfarkoster på 1970-talet som flög förbi Jupitersystemet och gjorde några korta observationer. De följdes av rymdskepparna Voyager I och II, som gav oss våra första detaljerade vyer av de galileiska satelliterna. Men det mesta av informationen vi har kommer från Galileo-uppdraget. På senare tid var det en förbiflygning av rymdfarkosten Cassini, som gick förbi Jupiter och gjorde observationer på väg till Saturnus, där den för närvarande är i drift. Men nästan allt vi vet om Jupitersystemets geologi, och i synnerhet de galileiska satelliterna (Io, Europa, Ganymedes och Callisto), kom från Galileo-uppdraget. Galileo gav oss en otrolig mängd information som vi fortfarande håller på att analysera idag.
Det finns fyra galileiska satelliter. Io, det innersta, är vulkaniskt det mest aktiva föremålet i solsystemet. Den får sin inre energi från tidvattenpåfrestningar i det inre, när den skjuts-dras mellan Europa och Jupiter. Den explosiva vulkanismen vi ser där är mycket imponerande. Det finns plymer som kastas ut cirka 200 kilometer (124 miles) över ytan. Vi ser också en utströmmande vulkanism i form av lavaströmmar som bryter ut på ytan. Dessa är mycket hög temperatur, mycket flytande flöden. På Io ser vi dessa flöden som sträcker sig hundratals kilometer över ytan.
Alla de galileiska satelliterna befinner sig i elliptiska banor, vilket betyder att de ibland är närmare Jupiter, andra gånger är de längre bort och de blir knuffade och dragna av sina grannar. Det genererar intern friktion till tillräckliga nivåer, i fallet med Io, för att smälta det inre och 'driva' vulkanerna. Samma processer äger rum på Europa. Och det finns en möjlighet att silikatvulkanism äger rum under den isiga skorpan på Europa.
Ganymedes är den största satelliten i solsystemet. Den har ett yttre iskallt skal. Vi tror att den har ett underishav av flytande vatten över en silikatkärna och kanske en liten inre metallisk kärna. Ganymedes har varit utsatt för geologiska processer sedan det bildades. Den har en komplex historia, dominerad av tektoniska processer. Vi ser en kombination av mycket gamla funktioner och mycket unga funktioner. Vi kan se komplexa faktamönster på dess yta som korsar äldre brottmönster. Ytan är bruten till block som har flyttats runt på den överordnade, till synes flytande, interiören. Vi ser också nedslagshistorien från perioden av tidiga bombardement. Att avkoda Ganymedes tektoniska historia är ett pågående arbete.
Callisto är den yttersta av de galileiska satelliterna. Den har också utsatts för stötbombardement, vilket återspeglar solsystemets tidiga ackretionshistoria i allmänhet och Jupitersystemet i synnerhet. Ytan domineras av kratrar av alla storlekar. Men vi blev förvånade över den uppenbara bristen på mycket små nedslagskratrar. Vi ser mycket små nedslagskratrar på dess granne Ganymedes; vi ser dem inte på Callisto. Det finns någon process, tror vi, som är att radera de små kratrarna – men bara i utvalda områden på månen. Detta är ett mysterium som inte har lösts: Vad är processen som tar bort de små kratrarna i vissa områden, eller alternativt, kanske de inte har bildats där av någon anledning till att börja med? Återigen, detta är ett ämne för pågående forskning.
Det jag främst vill prata om är Europa. Europa är ungefär lika stort som jordens måne. Det är främst ett silikatobjekt, men det har ett yttre skal av H2O, vars yta är frusen. Den totala volymen vatten som täcker dess silikatinteriör överstiger allt vatten på jorden. Ytan på det vattnet är frusen. Frågan är: Vad finns under det frusna skalet? Finns det fast is hela vägen till botten, eller finns det ett flytande hav? Vi tror att det finns flytande vatten under den isiga skorpan, men det vet vi inte riktigt med säkerhet. Våra idéer är baserade på modeller och som alla modeller är de föremål för vidare studier.
Anledningen till att vi tror att det finns ett flytande hav på Europa är från beteendet hos det inducerade magnetfältet runt Europa som mättes av magnetometern på Galileo. Jupiter har ett enormt magnetfält. Det inducerar i sin tur ett magnetfält, inte bara på Europa, utan också på Ganymedes och Callisto. Sättet som inducerat magnetfält beter sig är förenligt med närvaron av ett salt, flytande hav under ytan, inte bara på Europa utan också på Ganymedes och Callisto.
Vi vet att ytan är vattenis. Vi vet att det finns icke-iskomponenter, vilket inkluderar olika salter. Och vi vet att ytan har bearbetats geologiskt: den har brutits, läkts, brutits upp upprepade gånger. Vi ser också relativt få nedslagskratrar på ytan. Det tyder på att ytan är geologiskt ung. Europa kan till och med vara geologiskt aktiv idag. Bilder av en region, i synnerhet, visar en yta som har brutits upp kraftigt. De isiga plattorna har brutits isär och flyttats till nya positioner. Material har sipprat mellan sprickorna, sedan tydligen frusit, och vi tror att det här kan vara en av de platser där det funnits uppströmmande material, kanske drivet av tidvattenuppvärmningen jag pratade om tidigare.
Vi tenderar att glömma omfattningen av saker inom planetvetenskapen. Men dessa isiga block är enorma. När vi tänker på framtida utforskning vill vi komma ner på ytan och göra vissa nyckelmätningar. Så vi måste tänka på rymdfarkostsystem som kan landa i den här typen av terräng. Eftersom det är dessa platser som kan ha material som härrör från under isen, är de högsta prioritet för utforskning. Och ändå, som ofta är fallet i planetarisk utforskning, är de mest intressanta platserna de svåraste att ta sig till.
Så vad skulle vi vilja veta? Det första och mest grundläggande är 'havbegreppet'. Finns det flytande vatten eller inte? Är isskalet tjockt eller tunt? Om det finns ett hav där, hur tjock är den isiga skorpan? Detta är mycket viktigt att veta när vi funderar på att utforska ett eventuellt flytande hav på Europa: Om vi vill komma in i havet, hur djupt måste vi gå genom isen? Vad är ytans ålder? Vi säger 'ung', men det är bara en relativ term. Är det tusentals, hundratusentals, miljoner eller till och med miljarder år gammalt? Modellerna tillåter en ganska stor spridning i åldrar, baserat på nedslagskraterns frekvens. Vilka är de miljöer där idag som är gynnsamma för astrobiologi? Och vilka var miljöerna förr? Var de samma, eller har de förändrats genom tiden? Svaren på dessa frågor kräver nya data.
En annan sak som driver vårt intresse för att utforska de galileiska satelliterna är att försöka förstå deras geologiska historia. Till viss del kan mångfalden som vi ser, från Io till Europa till Ganymedes och Callisto, kopplas till mängden tidvattenenergi som driver systemet. Maximal tidvattenenergi driver vulkanismen som är så dominerande på Io. I den andra ytterligheten resulterar mycket lite tidvattenenergi på Callisto i bevarandet av nedslagskrateringsrekordet. Europa och Ganymedes är mittemellan dessa två extremfall.
Den totala ytan av Jupiters tre isiga månar (Europa, Ganymedes och Callisto) är större än Mars yta och är i själva verket ungefär lika med jordens hela landyta. Så när vi diskuterar utforskningen av de isiga galileiska satelliterna finns det mycket terräng att täcka.
När det gäller framtida utforskning, låt mig dela med mig av lite historia. För tre år sedan etablerade NASA projektet Prometheus. Prometheus-projektet handlar om utveckling av kärnkraft och kärnkraftsdrift, något som inte har övervägts på allvar på ett bra tag. Det första uppdraget som flögs i Prometheus-projektet var Jupiter Icy Moons Orbiter, eller JIMO. Målet var att utforska de tre isiga månarna inom ramen för Jupitersystemet. Det var ett mycket ambitiöst projekt. Jo, tidigare i år avbröts JIMO. Men det ser ut som om det kommande året kommer att finnas godkännande för en geofysisk orbiter för Europa. De första stegen för att få igång den rymdfarkosten övervägs nu. Europa är en mycket hög prioritet för utforskning, och som ett erkännande av den prioriteringen kommer detta uppdrag sannolikt att ske.
Varför är vi så intresserade av Europa? När vi pratar om astrobiologi tar vi hänsyn till de tre ingredienserna för livet: vatten, rätt kemi och energi. Deras närvaro betyder inte att livets magiska gnista någonsin hände, men det är de saker som vi tror krävs för livet. Och så, som jag beskrev, är alla tre av Jupiters isiga månar potentiella mål. Men Europa har högsta prioritet, eftersom det verkar ha maximal inre energi.
Så, naturligtvis, först skulle vi vilja veta: Finns det ett hav, ja eller nej?
Vad är då den tredimensionella konfigurationen av den isiga skorpan? Vi vet att organismer kan leva i sprickor och sprickor i arktisk is. Sådana sprickor kommer sannolikt att finnas på Europa också, och kan vara nischer som är av stort intresse för astrobiologi.
Sedan vill vi kartlägga de organiska och oorganiska ytsammansättningarna. Vi ser i de data som finns idag att ytan är heterogen. Det är inte bara ren is på ytan. Det finns vissa områden som verkar vara rikare på icke-iskomponenter än andra platser. Vi vill kartlägga det materialet.
Vi vill också kartlägga intressanta ytegenskaper och identifiera de platser som är viktigast för framtida utforskning, inklusive landare.
Sedan vill vi förstå Europa i sammanhanget med Jupitermiljön. Till exempel, hur påverkar strålningsmiljön som påtvingas av Jupiter ytkemin på Europa?
I slutändan vill vi komma ner på ytan, eftersom det finns ett antal saker som vi bara kan göra från ytan. Vi har en stor mängd data från Galileo-uppdraget och hoppas få ännu mer från det potentiella Europa-uppdraget, men det är fjärranalysdata. Därefter vill vi få upp en landare på ytan som kan göra några kritiska marksanningsmätningar, för att placera fjärravkänningsdata i sitt sammanhang. Och så inom det vetenskapliga samfundet känner vi att nästa uppdrag till Europa och Jupitersystemet borde ha ett landat paket av något slag. Men om detta verkligen kommer att hända eller inte, håll utkik!
Ursprunglig källa: NASA astrobiologi